Yavaş Salınımlı Enkapsüle Biositler

23.08.2021

Yavaş salınımlı biyosit teknolojisinin amacı, kuru filmde bulunan biosit konsantrasyonların sistem içinde daha uzun süre tutulabilmesi için belirli bir süre içinde biyosit salınımını yavaşlatmaktır. Yavaş salınımlı (SR) teknolojisinin ilkesi, su ile yıkanmaya, yüksek sıcaklıklara, yüksek alkaliliğe, çökelmeye ve UV ışınlarına karşı direnç göstererek biyosidal aktifleri daha uzun süre etkili tutmaktır. Biyolojik kirlilik, organizmaların suyla temas eden yüzeylere yapışması ve büyümesi olarak tanımlanır. Dış etkenlere bağlı olarak dış cephe boya filminde zamanla yosun ve mantar oluşumu gözlenir. Biyolojik kirlilikle mücadele etmek ve önlemek için çeşitli çabalar sarf edilmiştir. Biyolojik kirlenmeyi önlemenin en yaygın yolu, boya formülasyonlarına biyosit eklemektir. Bakteri ve mantar üremesinin istenmeyen etkilerini engellemek için reçetelerde biyositler (koruyucu) kullanılmaktadır. Bu konudaki en yenilikçi yaklaşım, 1960 larda Tribütilin bazlı boyaların (TBT) ortaya çıkmasıdır. Ancak, bu boyaların yavaş degragasyonu sebebiyle, ekosistem için son derece zararlı olduğu gösterilmiştir. Sonuç olarak, TBT’nin zehirli boyalarda kullanımı 2008 yılında yasaklanmıştır [1]. Kuru film koruma sistemlerinde kullanılan diğer bir biyosit de diurondur. Diuron, dış etkenlerle karşılaştıklarında aktif hale gelir ve sistemden ayrılır. Dekoratif boyalarda kuru film koruyucu olarak kullanılan Diuron (3-(3,4-diklorofenil)-1,1-dimetilüre), önemli bir herbisit sınıfını temsil eden halojeno-fenilüre ailesine aittir [2]. Toz ve sıvı süspansiyon şeklinde ıslanabilir. Diuron pH 5, 7 ve 9’da hidrolize karşı dirençlidir [3]. Ancak Diuron, dış cephe boyalarında kimyasal yapısı nedeniyle kısa sürede etkinliğini kaybeder ve bu da kısa süreli koruma sağladığı anlamına gelir. Bu nedenle, boyalı yüzey düşük aktiviteye sahip olduğu için kolayca bozulur. Bu sorunu çözmek için dış etkilere maruz kaldıkça, biyositleri serbest bırakan ve daha uzun kuru film koruması sağlayan kapsüllü biyositlerle alternatif çalışmalar yapılmıştır. Çeşitli salınım tetikleyicilerine (pH, sıcaklık, basınç veya seyreltme gibi) yanıt vermek üzere tasarlanabilen bir polimer kapsül içinde bir bileşeni tutarak dayanıklı formülasyonların geliştirilmesine olanak tanır. Aktif maddelerin kapsülden salınması difüzyon yoluyladır ve oranlar suda çözünürlüklerinin bir fonksiyonudur. Söz konusu aktiviteye bağlı olarak farklı suda çözünürlük oranları olacaktır. Bu, kapsülleme işlemi seviyesinin değiştirilmesiyle kontrol edilebilir – filmi korumak için yeterli miktarda madde salınmalıdır ancak fazla salınması yüzeyden yıkanmaya sebep olacaktır. Bu yöntemle üretilen biyositlerin salınım hızı kontrollü bir şekilde yavaşlatılır. Dış cephe ürünlerinde enkapsüle biyosit kullanılması ile, cepheden zemine sızan zararlı madde miktarını azaltarak çevre ve insan sağlığının korunması amaçlanmaktadır. Buna ek olarak UV dayanımı arttırılarak renk değişim problemleri azaltılmaktadır. Suda çözünürlüğün azaltılması ile toprağa ve su kaynaklarına karışan parazit miktarları azaltılmakta ve dış cephe şartlarına dayanım artırılmaktadır. Enkapsüle Biyosit görüntüsü Şekil 1’deki gibidir. [caption id="attachment_127399" align="aligncenter" width="437"]

Şekil 1. Enkapsüle Biyosit Görüntüsü [4][/caption]

3. Deneysel

Bu çalışmada, dış cephe ürünlerinde enkapsüle biyosit kullanılarak kaplama numuneleri üretilmiştir. Bu çalışmada üç farklı biyosit içeren dış boya formülasyonları çalışılmıştır. Çalışma kapsamında kullanılan biyosit paketleri Tablo 1’de verilmiştir. Bu biyosit paketleri ile test edilen boya formülasyonları Tablo 2’de verilmiştir. Dış cephe boyalarında UV etkisi QUV ve doğal şartlandırma testi kullanılarak değerlendirilmiştir. [caption id="attachment_127400" align="aligncenter" width="793"]

Tablo 1. Çalışma kapsamında kullanılan biyosit paketleri[/caption] [caption id="attachment_127401" align="aligncenter" width="772"]

Tablo 2. Çalışma kapsamında test edilen ürünler[/caption]

4. Sonuçlar ve Tartışma

Boyalar, farklı biyosit türleri kullanılarak ve film içinde farklı konsantrasyonlarda hazırlanmıştır. Bu boyalar panellere iki kat olarak uygulanmıştır. Paneller, 45º açıyla güneye bakacak şekilde konumlandırılmıştır. Numuneler, ASTM D3274-09 (2013) küf veya mantar oluşumu ya da toprak ve kir birikmesi sebebiyle boya filmlerinin yüzey bozulmasının tayini standard test yöntemine göre 6 ayda bir değerlendirilmiştir. Aşağıda belirtilen sonuçlar, dış cephe şartlandırma sonrası 12 aylık değerlendirme sonuçlarıdır. Saf Akrilik Düşük PVC Doğal Şartlandırma numunelerinin görselleri Şekil 2’de verilmiştir. Ağırlıkça %1 enkapsüle(Yavaş salınımlı) biyosit içeren boyanın, ağırlıkça %0,7 kapsülsüz standart biyosit içeren boyadan daha iyi performans gösterdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca biyosit içermeyen boyanın boya filmi de şartlandırma sonrası iyi görünmektedir. [caption id="attachment_127402" align="aligncenter" width="641"]

Şekil 2. Saf Akrilik Düşük PVC Doğal Şartlandırma Numuneleri (1A-Kontrol; 1B-Standart; 1C-Enkapsüle)[/caption] Düşük Tg’li Saf Akrilik Doğal Şartlandırma örneklerinin görselleri Şekil 3’te verilmiştir. Biyositsiz boya filminin biyositli boyadan daha kötü göründüğü gözlenmiştir. Buna ek olarak, ağırlıkça %1 enkapsüle (Yavaş salınımlı) biyosit içeren boyanın, ağırlıkça %0,7 kapsülsüz standart biyosit içeren boyadan daha iyi performans gösterdiği gözlemlenmiştir. [caption id="attachment_127403" align="aligncenter" width="619"]

Şekil 3. Düşük Tg Saf Akrilik Doğal Şartlandırma Numuneleri (2A-Kontrol; 2B-Standart; 2C-Enkapsüle)[/caption] Stiren Akrilik Yüksek PVC Siloksan Doğal Şartlandırma görselleri Şekil 4’te verilmiştir. Film içi biyosit, yüksek PVC siloksan ürünü için boya filmi görünümünü iyileştirmiştir. Ayrıca, ağırlıkça %1 enkapsüle (Yavaş salınımlı) biyosit içeren boyanın, ağırlıkça %0,7 kapsülsüz standart biyosit içeren boyadan daha iyi performans gösterdiği gözlemlenmiştir. [caption id="attachment_127404" align="aligncenter" width="590"]

Şekil 4. Stiren Akrilik Yüksek PVC Siloksan Doğal Şartlandırma Örnekleri (3A-Kontrol; 3B-Standart; 3C-Enkapsüle)[/caption] 5. Sonuç Boya reçetelerinde kapsüllenmiş biyositlerin kullanılması, servis süresini uzatmak ve dış mekana maruz kalan kaplamaların çevresel etkilerini azaltmak için faydalıdır. Bu çalışmada hızlandırılmış 2000 saat QUV ve 12 aylık doğal şartlandırma sonrasında ΔE’de bir iyileşme belirlenmiştir. Zaman içinde (dış etkenlere bağlı olarak) oluşan tebeşirlenmenin de yavaş salınan enkapsüle biyositlerin kullanımıyla düzeldiği de gözlemlenmiştir.